铝棒梯度加热结合模具液氮冷却对铝型材挤压速度的影响

高翔，罗奕明，陈谊伟，周玉焕

（佛山坚美铝业有限公司，广东佛山528231）

铝棒梯度加热结合模具液氮冷却对铝型材挤压速度的影响

高翔，罗奕明，陈谊伟，周玉焕

（佛山坚美铝业有限公司，广东佛山528231）

在铝型材挤压生产过程中，挤压速度对挤压产品质量、模具寿命和生产效率具有很大的影响。通过对铝棒梯度加热与模具液氮冷却工艺进行比较试验，分析了两种工艺对铝型材出料口温度及挤压速度的影响，验证两者相结合的可行性及应用效果。

铝型材；梯度加热；液氮冷却；出口温度；挤压速度

0 前言

在铝型材挤压过程中，金属的变形和摩擦会导致铝合金挤压温度的增加，并且挤压温度升高的程度会随着挤压速度的增加而增加。当挤压速度过快时，会造成金属流动不均匀，产品表面会出现麻点、裂纹等缺陷。相反，当挤压速度过慢时，又会影响挤压的生产效率[1]。因此合理的挤压速度能够降低材料的变形阻力，同时使挤压材料热量产生与散失保持平衡。我们在保证挤压制品尺寸合格、不产生挤压缺陷的前提下，应尽量提高设备的挤压速度[2]。本文通过对铝棒梯度加热及模具液氮冷却技术进行比较试验，探讨了其对铝型材挤压速度、出料口温度的影响及应用的效果，供大家参考。

生源地为城市的大学生内隐自杀意念得分显著高于生源地为农村的大学生，与之前一些研究者通过外显问卷测量得到的结果相一致[37]，原因可能在于与生源地为农村的大学生相比，家住城市的大学生抗挫折能力相对不够，情绪易受外界影响而产生自杀意念.本研究发现，不同家庭类型大学生的自杀意念存在显著差异，普通家庭类型大学生内隐自杀意念得分显著高于多代家庭类型的大学生，原因可能在于多代家庭类型大学生家庭成员较多，可以获得情感上的沟通、交流与支持，因而更加积极乐观.

1 铝棒梯度加热原理介绍

在进行铝型材挤压工序前，需要对铝棒进行预加热处理。其目的是为了提高金属塑性，降低变形抗力，使金属易于流动，并获得良好的组织与性能。在挤压生产时，随着挤压摩擦力的增大，金属变形量增加，使变形区金属温度剧烈升高。当变形区内金属温度超过其最高临界温度时，金属进入热脆状态，从而开始易形成裂纹。通常只有通过降低挤压速度来克服这种现象。因此为了保证高效的挤压速度，适当降低挤压温度，对铝棒进行梯度加热成为行之有效的办法。

铝棒梯度加热是指在铝棒装入挤压机之前，在其长度方向上形成一个温度梯度。由于铝合金导热系数大，采用常规燃料加热方法很难在铝棒内产生精确的温度梯度，并且无法保持该梯度。因此，须采用电磁感应加热系统，其加热方式为对铝棒的一端或分段进行加热。合理设计铝棒的温度梯度，可以提高挤压速度，使挤压过程近似于等温挤压。

2 模具液氮冷却原理介绍

在铝型材生产过程中，铝棒在挤压筒内通过模具被挤压成型，挤出的铝型材和模具的温度均会升高，并且由于挤出的高温型材和模具都暴露在空气中，会出现如下缺陷：（1）在铝型材表面会产生坚硬的氧化铝颗粒，并且部分黏附在模具出口，对后续的型材表面容易造成划痕，模具表面也会造成拉伤；（2）持续升高的模具温度将导致模具表面退氮并降低硬度，从而缩短模具使用寿命；（3）挤出的铝型材温度不断升高也易导致型材无规律变形甚至报废。

基于超高层建筑施工监测内容及技术体系研究……………………………………… 李超，滕德贵，袁长征（7-22）

基于上述问题，采用液氮冷却技术是一种比较理想的解决方式［3］。首先，低温液氮可以很好地控制挤压型材的出口温度，在对模具冷却的同时还会马上蒸发为具有惰性的氮气，保护模具和挤压型材表面，使其不被高温氧化；其次，模具液氮冷却过程能精确控制液氮流量，不会造成坯料过冷，从而达到最佳冷却效果及其最佳工艺温度，最大限度提高挤压效率［4］。当大批量挤压某种型材时，采用液氮冷却模具技术，在取得显著经济效益的同时，还可以在一定程度上延长模具寿命。

3 试验过程

本试验在挤压设备完好的前提下进行，分别对普通、液氮、梯度、液氮+梯度四种工艺进行试验，比较四者对挤压过程中挤压速度等各项性能的影响。具体试验方法如下：

测试所用材料：Φ178mm×900mm铝棒、A平面模具、B分流模具，各模具型材截面见图1、图2所示。

（2）提速试验阶段

图1 A模型材截面图

图2 B模型材截面图

⑤以最高主缸速度进行挤压，至出现质量问题为止，试验其最高主缸速度的持久性。

3.1 试验准备

（1）准备阶段

用1～3支铝棒进行试压，确认设备状况及模具状态。

①从第4支铝棒开始进行提速，提速的初始主缸速度为7mm/s。

试验用铝棒经均质处理，对于非梯度加热工艺，铝棒温度要求为440±10℃；对于梯度加热工艺，铝棒温度要求为头端460℃，尾端410±10℃。试验用模具状态良好，可以保证提速过程中的壁厚在公差内，每次试验棒数≥40条。

“虽然现在农资企业都在贴地飞行，但是很多渠道可以看出，目前肥料企业的农资终端看起来还是很浮躁的。”云图控股副总裁刘晓霞告诉记者，“我认为，农资企业最终还是要回归最本质的东西，也就是产品。这既包括产品技术研发的务实性，同时也包括产品服务中市场上农民和作物的需求。不是说最先进的技术就是最好的产品，而是要考虑到肥料的本质属性，既要满足作物生产的客观需求，又兼具价优、物美、节能、高效。”

②同一挤压速度挤压3支铝棒，若无表面问题则主缸速度提升按0.5mm/s进行。

4.2 试验分析

“对分课堂”的教学理念最早出现在大学教学中，引入中学阶段是教学发展的必然结果.尤其是在高中物理的教学中，大量的实践需要学生同手去做.不管是电学的电路还是力学.人教版在教材的设计中充分考虑了学生的后续发展，将教材内容和教学方法都做出了适当的更新，满足了当前物理教学的需求.

④再次提速至出现表面缺陷，降速0.5mm/s，稳定挤压，以此主缸速度作为最高主缸速度。

4.开展不定期合规管理人员培训，固定学时，取证培训。通过网络授课、微信授课、实践论文、路演等方式，鼓励各级合规管理人员不断地学习、提高合规业务水平，传递合规理念和实践给企业其他员工，逐步形成企业上下“我要合规”的文化氛围。

3.2 试验方法

（3）记录试验过程的工艺数据。

“南海核心利益说”出台正值南海问题逐渐升温、美国内关于介入南海问题声势渐趋主流以及中国对南海局势关注日渐增强的时刻。该说所揭示的“南海对于中国的重要性”不仅让美国学界迅速掀起防范中国南海维权的风潮，直接加速美南海政策调整；还让中国战略界意识到南海维权斗争的复杂性和艰巨性，助推中国南海维权深入发展。“南海核心利益说”在美中战略界的广泛影响所产生的各种研究成果，在不同的时间阶段发挥各自作用，一定程度上迟滞了中美南海博弈的步骤，从总体上限制了中美南海博弈的强度。

4 试验结果与分析

4.1 试验结果

通过以上梯度加热和液氮冷却工艺的对比试验，并进行数据记录，试验结果见表1～表3。

表1 模具突破压力及达速时间测试表

表2 最高挤压速度及其棒数测试（A模）

表3 最高挤压速度及其棒数测试（B模）

③提速至出现表面缺陷后，降速0.5～1mm/s，稳定挤压3支铝棒。

通过对铝型材挤压生产中普通、模具液氮冷却、铝棒梯度加热以及液氮+梯度这四种工艺进行比较试验，从表1的数据分析可知，使用梯度加热工艺，A模的突破压力降低了65.2t，达速时间缩短1s；B模突破压力降低82t，达速时间缩短2.3s。

专家模糊评语是指专家根据自身经验，对风险发生的频度进行判断。为了更符合表达方式并且灵活地表达专家的评语，依据GB/T 21562对危害事件的发生频率的划分，定义专家模糊评语集U={u1,u2,…,u6}={几乎不可能,极少,很少,有时，经常,频繁}，对应于证据理论中的证据。

对表2、表3的数据进行分析可知：

（1）采用梯度加热工艺，对铝棒进行分段式加热，挤压时高温端朝挤压模，低温端朝挤压垫，以平衡一部分变形热。试验证明，采用梯度加热工艺，对于A模，挤压速度可提升约8.97%；对于B模，挤压速度可提升约20.89%。

（2）采用液氮冷却工艺，将氮气引至挤压模出口处进行冷却，可使被冷却的挤压制品急速收缩，冷却挤压模和变形区金属，使变形热被带走，有效控制型材出口温度的同时，又能提高挤压速度。试验证明，采用液氮冷却工艺，对于A模可提速约19.23%，对于B模可提速约28.35%。

那么，小学数学概念课中以抛锚式进行教学，实现教学的效果了吗？本文选取了二年级上册的《角的初步认识》一课，分析两位教师的教学实录，探讨概念课中，抛锚式教学是否有效？

（3）采用梯度+液氮工艺，即将梯度加热工艺与液氮冷却工艺结合使用，综合了两者的优点，可使挤压性能最大化提升。试验证明，采用梯度+液氮工艺，对于A模可提速约33.33%，对于B模可提速约31.34%，提速效果十分显著。详细分析结果见表4、表5。

表4 A模分析结果表

表5 B模分析结果表

从以上分析结果可知，采用液氮、梯度、液氮+梯度工艺均能提升挤压性能，其中液氮+梯度工艺效果最为显著。

5 结束语

在铝型材挤压生产中，采用梯度加热结合液氮冷却工艺，综合了梯度加热工艺与液氮冷却工艺的优点，可有效提高挤压速度。采用此种工艺，虽然需要前期的设备投资及生产过程中的液氮消耗，但在生产中可以显著提高生产效率，企业的综合生产成本是降低的，因此梯度加热+液氮冷却工艺在铝型材加工行业具有较好的应用推广价值。

[1]谢建新，刘静安.金属挤压理论与技术[M].北京:冶金工业出版社，2001

[2]崔秀英.液氮冷却模具挤压建筑型材试验研究[J].轻合金加工技术，1991，19(4):30-31

[3]吴亭，周春荣.模具液氮冷却对铝型材出口温度及挤压速度的影响[J].轻合金加工技术，2011

[4]吴锡坤，罗苏.铝型材加工实用技术手册[M].长沙:中南大学出版社，2006

Effect of Gradient Heating of Aluminum Rod Combined with Liquid Nitrogen Cooling Process on Aluminum Extrusion Speed

GAO Xiang，LUO Yi-ming，CHEN Yi-wei，ZHOU Yu-huan
(Foshan Jianmei Aluminum Profile Factory Co.，Ltd.，Foshan 528231，China)

Extrusion speed has a great influence on the quality of the extrusion product，the service life of the mould and the produc⁃tion efficiency during production of aluminum profiles.Compared to the test of gradient heating for aluminum bar to the liquid nitro⁃gen cooling technology for die，the effect of gradient heating of aluminum rod combined with liquid nitrogen cooling process on alu⁃minum extrusion speed are analyzed.And feasibility and application effect of combination of the two factors are verified.

aluminum profile;gradient heating;liquid nitrogen cooling;outlet temperature;extrusion speed

TG376.9

A

1005-4898(2017)03-0022-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.03.05

高翔（1985－），男，江西赣州人，工程师，从事铝型材生产工艺技术与设备研究。

2016－12－14